同沙水庫初期雨水處理凈化工程工藝分析與優化

潘嘉立 戴永康

摘要：牛山溪溝初期雨水處理凈化工程是同沙水庫雨季溢流污水處理工程的主要子工程。通過對該處理凈化工程的工藝與運行現狀進行分析，發現其存在的問題，并據此提出了對該工程的優化與整改措施：（1）復核工程參數;（2）工藝整改：在原工藝中增加預處理環節，并調節多級植物塘位置;（3）設計優化，包括升級填料級配和處理技術，改善人工濕地水生植物種類搭配和出水方式，基礎設備加固等。

關鍵詞：初期雨水;處理;凈化;優化

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）08-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.08.090

Process analysis and optimization of rainwater treatment and purification engineering in the initial stage of tongsha reservoir

Pan Jiali 1， Dai Yongkang 2

（1.Dongguan Zhongyuan Environmental Investment Co.， Ltd.， Dongguan Guangdong 523000， China;

2. Dongguan Water Investment Group Co.， Ltd.， Dongguan Guangdong? 523000， China）

Abstract： The Niushanxigou initial rainwater treatment and purification project is the main subproject of the Tongsha Reservoir overflow sewage treatment project during the rainy season. The problems were found through the analysis of the process and operation status of the treatment purification project， and the optimization and modification measures for the project were proposed according to this： （1） rechecking the engineering parameters; （2） process modification： increase pre-treatment link in original process and adjust the position of multi-level plant ponds; （3） design optimization： include upgrading the packing grading and treatment technologies， improving the mix of aquatic plants and effluent mode in constructed wetlands， and strengthening the basic equipment.

Keywords： Initial rain;Treatment;Purification;Optimization

同沙水庫是東莞城區庫容量最大的水庫，是東莞市江庫聯網工程（水源保護計劃）的重要一庫，為此，東莞市投資實施了同沙水庫水污染綜合整治工程，包括環水庫截污管網工程、尾水排放工程、雨季溢流污水處理工程等，其中，雨季溢流污水處理工程是從源頭改善同沙水庫水質的必要措施，主要對現有入庫初期雨季溢流污水進行治理，最終實現飲用水水源的水質管理目標。同沙水庫雨季溢流污水處理工程于2016年2月通過竣工驗收，主體工程于2016年4月移交并進行維護管養工作。在維護管養過程中發現多種異常情況，包括設計水利負荷不足、污染物削減量不降反升、潛流濕地堵塞嚴重、出水水質惡劣等。為恢復并升級同沙水庫雨季溢流污水處理工程的污水處理能力，需要對其進行優化整改。本文對同沙水庫雨季溢流污水處理工程中最主要的子工程（原有設計初期雨水處理凈化工程二處，設計總處理量7500m3/d，另一處規模小且工藝相近，故主要分析牛山溪溝工程）：牛山溪溝初期雨水處理凈化工程（下稱原工程）運行情況進行了分析，并提出了可行的優化與整改工藝，以期為后續整改提供一定參考。

1 工藝現狀

原工程設計占地面積約12萬m2，設計處理量約6000m3/d;主要構筑物有沉淀塘、調蓄塘、植物塘、潛流濕地、人工浮島等，設計出水達到Ⅳ類水標準，工藝路線如下：

進水堰（溢流堰）→格柵→沉淀塘→調蓄塘→一級植物塘→二級植物塘→水平潛流濕地→三級植物塘→生態浮島→出水

2 運行情況

根據工藝運行情況，從2016年至2018年，采集4次工藝的進水和出水水樣，發現牛山溪溝進水水質各指標逐漸走低，污染物的去除率總體呈現降低趨勢。由于同沙水庫作為飲用水源地保護區，要求水質至少達到地表水Ⅲ類標準，故將各指標與地表水Ⅲ類標準進行對照分析：COD進水濃度平均在60mg/L左右，出水平均在28mg/L，出水COD濃度降低，去除率整體保持在50%以上，且后期出水能達到地表水Ⅲ類要求;工藝對SS有較好的截留作用，在2017年后去除率保持高走勢;工程對TN、氨氮和TP也有一定去除效果，TN、氨氮和TP平均進水濃度分別為10mg/L、6mg/L和1.2mg/L，平均出水濃度分別為4.5mg/L、1.8 mg/L和0.3mg/L，去除率大多維持在40%～80%之間，但仍然超標3.5、0.8和0.5倍。尤其是在運行后期出水中TN、TP指標仍不能達到地表水Ⅲ類要求。綜上說明工藝穩定運行后的處理效果距離標準有較大差距，有待整改。

3 優化與整改

優化及整改工程建設思路主要分兩方面內容進行，一方面是工程參數復核，另外一方面是按照實際運營情況提出優化及整改方案。

3.1 復核工程參數

復核工程污染負荷、初期溢流雨污水量、人工濕地水利參數。對比污染負荷設計，發現原有設計的設計標準與實測結果不符，例如：調蓄塘氨氮的污染負荷設計標準為0.66 g/m2·d，實際為0.17 g/m2·d，總磷設計標準為0.044 g/m2·d，實際為0.165 g/m2·d;二級植物塘氨氮的污染負荷設計標準為0.49 g/m2·d，實際為0.37 g/m2·d，總磷設計標準為0.031 g/m2·d，實際為0.063 g/m2·d;潛流濕地氨氮的污染負荷設計標準為0.43 g/m2·d，實際為0.22 g/m2·d，總磷設計標準為0.033 g/m2·d，實際為0.037 g/m2·d。同時，沉淀塘、調蓄塘和植物塘的實測水位和水深結果均超過設計水位水深，需要重新調整。

3.2 優化及整改：

根據調查結果，將整個工藝優化調整為：進水堰→格柵→沉淀塘→調蓄塘→多級水生植物塘→水平潛流濕地→生態浮島→出水

同時，全面調查構筑物結構穩定性、壩頂高程、鵝卵石過濾壩及潛流濕地開挖復檢填料級配、人工濕地水生植物種類的篩選等，針對優化后的工藝，提出整改建議如下：

（1）根據水質監測結果，現進水水質呈“低碳、高磷、高氮”，部分水質指標達到劣Ⅴ類。濕地水體富營養化嚴重，靠植物吸收和生物降解難以降低磷和氮污染負荷[1-3]。因此，需在集水區域前端添加預處理措施。（2）兩鵝卵石壩（礫石床）在暴雨期間，常發生漫頂變形，沖垮損壞等問題。為了充分發揮鵝卵石壩的防洪防汛功能，提高構筑物穩定性、承重量、水土流失控制和永久性的工程規格，建議提升兩石壩的高程約50～100cm，并重新選擇填料級配和低縮水膨脹率、高壓縮度的土壤。（3）牛山溪溝的多級植物塘因暴雨損毀大部分水生植物枯萎死亡，需要對現階段和后期補種的水生植物進行篩選，必需符合耐污能力強、凈化能力強、抗病蟲害能力強、具有發達的根系和較強的輸氧能力以及綜合利用價值高的原則。因此，建議植物塘改種其他水生植物，例如苦草和黑藻;引入高效藻類技術，三級植物塘改造成高效藻類池，建立水下森林體系，提高水體凈化效果;引入微生物/細菌分子篩技術，將三級植物塘固定化微生物板，提高水體凈化效果。（4）本工程的潛流濕地選種植物為蘆葦、水蔥、旱傘草和再力花。根據單元水質監測結果顯示，潛流濕地污染物削減效率能達到30%～40%，屬于正常范圍值[4]。但是隨著系統的運行，潛流濕地逐漸出現堵塞現象，傳統的局部翻洗濕地填料成本較高，效果一般[5]。為此，提供如下整改思路：①對濕地進水進行預處理，比如在濕地前端或首部設置預處理設施，盡量過濾篩除進水中的懸浮物和漂浮物 ， 以及其他一些膠體、溶質 ， 使之在前端即得到有效解決 ， 防止濕地主體功能區的堵塞;②引進濕地改良新技術，在潛流濕地進水口1/10～1/4段，添加可置換和再生的纖維填料。（5）沉淀塘淤泥堆積嚴重，制定清淤計劃以解決底泥上浮、水體黑臭的問題。（6）由于牛山溪溝初期雨水凈化工程設計的溢流堰不能控制連接下方的水生植物塘的水位。為此，建議在該處設置水閘調節。

4 結論與建議

同沙水庫的初期雨水處理凈化子工程自運行以來，出現了設計水利負荷不足、污染物削減量不降反升、潛流濕地堵塞嚴重、出水水質惡劣等問題。通過對項目參數復核、工程現場調查及水質監測結果，結合運營管理情況及相關資料整理分析，提出了相關的優化及整改措施，以期能達到進一步凈化水質、維持濕地水面和水體流動通暢、恢復植被和生態系統的目的。

同沙水庫的初期雨水處理凈化子工程也暴露出人工濕地工程在實際應用中的一些不足，例如處理負荷偏低、受沖擊能力小、容易阻塞、水位不暢等。但作為一項生態友好的處理技術，人工濕地還是被廣泛應用在水污染防治上，因此，在以后的工藝設計與工程建造中，如何科學地設計濕地工藝及后續維護管養，仍然是人工濕地發揮效益的最關鍵之處。

參考文獻

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[5]馬飛，蔣莉，熊潔羽等.反沖洗措施改善垂直潛流人工濕地水力特性的研究[J]. 環境科學與技術， 2011， 34（7）：46-49.

收稿日期：2019-04-29

作者簡介：潘嘉立（1990-），男，漢族，本科學歷，助理工程師，研究方向為水污染治理。